Ученые разработали способ переключать ячейки магнитной памяти, тратя на это в разы меньше энергии, чем современные технологии, — приближаясь к фундаментальному физическому пределу энергозатрат. Работа опубликована в журнале Advanced Materials.
Значительная часть энергии в электронике уходит на запись и хранение данных. Магнитная память перезаписывает биты, переворачивая намагниченность крошечных ячеек, но делает это неэффективно — с большими потерями тепла. Ученые давно ищут способ приблизиться к так называемому пределу Ландауэра — минимально возможным по законам термодинамики затратам энергии на обработку одного бита.
Исследователи под руководством Элтона Сантоса из Эдинбургского университета применили математический аппарат теории оптимального управления, чтобы рассчитать идеальную форму магнитного импульса. Оказалось, что если аккуратно задать, как именно меняется магнитное поле во времени, намагниченность можно переключать гораздо экономнее, чем при обычных подходах.
По расчетам, новый метод позволяет снизить энергозатраты на несколько порядков по сравнению с распространенными типами памяти — DRAM, а также магниторезистивной памятью STT-MRAM и SOT-MRAM.
«Тщательно проектируя, как магнитное поле меняется во времени, можно переключать намагниченность намного эффективнее», — пояснил Элтон Сантос.
Важно, что предложенный подход универсален: он работает не только с магнитным полем, но и с электрическим током и сверхбыстрыми лазерными импульсами. Это, по мнению авторов, открывает путь к принципиально более энергоэффективной электронике будущего. Особенно это важно на фоне бурного роста центров обработки данных и искусственного интеллекта, которые потребляют колоссальное количество энергии именно на операции с памятью.
Ранее ученые создали глянцевую краску из наночастиц, которой не страшно выцветание.